[发明专利]一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法

权利要求书

1.一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤1，建立论证方案的道路全线三维数字化模型；步骤2，建立论证方案的道路全线三维数字化模型；步骤3，建立道路平面优化数学模型；步骤4，添加第一层约束条件；步骤5，横断面联动优化；步骤6，添加桥梁、隧道、立交构造物初始化信息；步骤7，对平面优化变量进行编码；步骤8，利用基于平面多层约束体系的算法进行寻优；步骤9，添加并检查第三层平面约束条件；步骤10，映射变坡点和桥隧构造物桩号；步骤11，更新平面位置错动后的地面数据；步骤12，目标函数值计算；步骤13，进行遗传算法的选择、交叉、变异等操作，计算出最优个体；步骤14，设置终止代数值N1，将N1值减1，重新回到步骤10），循环运算，直到N1等于0，这时所有个体的目标函数F接近相等，而且最优解收敛于一个固定值；如果最优解提前收敛，则终止计算；步骤15，将最优解执行步骤8-2）的解码操作，获取最终的平面交点数据，并利用该数据在三维地理环境中计算出路中心地面高程，在优化后的平面交点数据和路中心地面高程值不变的基础上，进行纵断面优化；步骤16，对纵断面优化变量进行编码，整个纵断面优化的编码经简化后设置为3个变量，每个变量在计算机中以6位二进制表示；步骤17，利用基于纵断面多层约束体系的遗传算法进行寻优；步骤18，添加并检查第三层纵断面优化约束条件；步骤19，重复步骤12）、步骤13），直到最优解收敛于一个固定值；如果最优值提前收敛，则终止计算，得出唯一的最优个体；步骤20，将前述步骤计算出的最优个体进行解码操作，获得优化后的变坡点数据，根据这些数据结合步骤15）获取的平面交点数据，将全线的路、桥、隧模型在三维地理信息环境中建立出来；步骤21）结合步骤10-4）生成的原始方案的三维模型，针对优化模型的构造物起终点桩号、边坡坡率等非道路线形因素，在三维环境中进行直观调整，获得最终的道路优化模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤4所述的虚拟一个足够大的矩形的DEM网格覆盖全部路线区域，优化范围内的路线通过关键位置、不良地质区域、高费用区域在三维地图上一一标示，形成矢量化信息，并以此为第一层约束条件。

3.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤5所述横断面联动优化，在三维地形中求出路基边缘点位置，然后以指定边坡坡率计算出坡脚点坐标，建立高费用地区模型，对原横断面坡度进行调整。

4.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤7所述的对平面优化变量进行编码，整个平面优化的编码一共设置5个变量，每个变量在计算机中以6位二进制表示。

5.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤8所述的多层约束体系，在平、纵、横断面优化中引入不同层次的约束条件；第一层约束是保持现有道路设计方案的约束，第二层约束是公路设计规范约束，第三层约束是设计条件约束；第一层为最外层，第三层为最内层，约束条件的判断由最外层向最内层进行，如果外层约束条件不符合，则直接跳出，不再判断内层的约束条件。

6.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤9所述的添加并检查第三层平面约束条件，包括平面交点位置约束、平曲线约束、缓和曲线约束等，由设计人员在优化前设定平面交点变化范围、平曲线半径变化范围、缓和曲线变化范围等，从而计算出这些数值的取值范围。

7.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于步骤10所述的映射变坡点和桥隧构造物桩号，在三维地理信息环境中参考原始方案并结合实际地形情况，对映射后的三维模型进行进一步的精确调整。

8.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤17所述的添加并检查第二层纵断面优化约束条件，可在平面检查之后对纵坡变化的方案进行道路规范检查。

9.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤18所述的添加并检查第三层纵断面优化约束条件，获取全线路线的分离立交、桥梁起终点、桥梁通航点桩号，在三维地理信息视图中获取各个控制点的填挖高度，然后根据用户输入允许变化的数值，建立限高约束判断表达式。

10.根据权利要求1所述的一种基于多层约束体系的公路路线三维优化方法，其特征在于，步骤21）所述的结合步骤10-4）生成的原始方案的三维模型，针对优化模型的构造物起终点桩号、边坡坡率等非道路线形因素，在三维环境中进行直观调整，获得最终的道路优化模型。